伺服系统中滑模变结构控制器的设计

谢远党，李维嘉，王春涛

（1.浙江海洋学院机电工程学院，浙江舟山 316004；2.华中科技大学轮机工程系，湖北武汉 430074）

线性系统在现代控制理论与应用中占有非常重要的位置，其基本理论已发展得相当完善，但是大多数实际系统是非线性的，建模时往往忽略了各种非线性因素影响才简化为理想的线性模型[1]。滑模变结构控制具有完全的自适应性，这是变结构系统最突出的优点。它不需要知道系统的精确数学模型，只需了解系统的参数及外来扰动变化的大致范围，并且具有降阶、解耦的功能，能较好地解决系统的动态、静态特性之间的矛盾，控制规律简单，它可以解决复杂系统，包括线性和非线性系统的镇定和品质等问题[2]。滑模变结构控制的设计在高精确度伺服系统的应用中受到日益广泛的重视。图1给出了本文所要讨论的滑模控制系统结构，它主要由受到控制器、PWM装置、直流无刷电机、机械试行机构、位置反馈单元组成。

图1 无刷电机位置控制结构图Fig.1 No brush position chart of electrical control

1 滑模变结构控制概念

变结构控制（variable structure control,VSC）本质上是一类特殊的非线性控制，其非线性表现为控制的不连续性。这种控制策略与其他控制的不同之处在于系统的“结构”并不固定，而是可以在动态过程中，根据系统当前的状态有目的地不断变化，迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动，所以有常称变结构控制为滑动模态控制（sliding mode control,SMC），即滑模变结构控制。由于滑动模态可以进行设计且与对象参数及扰动无关，这就使得变结构控制具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏、无需系统在线辨识、物理实现简单等优点。……